Assessment of statistical iterative reconstructions to optimize CT examination protocols for children and young adults

La tomodensitométrie (CT) est une technique d'imagerie dont l'intérêt n'a cessé de croître depuis son apparition dans le début des années 70. Dans le domaine médical, son utilisation est incontournable à tel point que ce système d'imagerie pourrait être amené à devenir victime de son succès si son impact au niveau de l'exposition de la population ne fait pas l'objet d'une attention particulière. Bien évidemment, l'augmentation du nombre d'examens CT a permis d'améliorer la prise en charge des patients ou a rendu certaines procédures moins invasives. Toutefois, pour assurer que le compromis risque - bénéfice soit toujours en faveur du patient, il est nécessaire d'éviter de délivrer des doses non utiles au diagnostic.¦Si cette action est importante chez l'adulte elle doit être une priorité lorsque les examens se font chez l'enfant, en particulier lorsque l'on suit des pathologies qui nécessitent plusieurs examens CT au cours de la vie du patient. En effet, les enfants et jeunes adultes sont plus radiosensibles. De plus, leur espérance de vie étant supérieure à celle de l'adulte, ils présentent un risque accru de développer un cancer radio-induit dont la phase de latence peut être supérieure à vingt ans. Partant du principe que chaque examen radiologique est justifié, il devient dès lors nécessaire d'optimiser les protocoles d'acquisitions pour s'assurer que le patient ne soit pas irradié inutilement. L'avancée technologique au niveau du CT est très rapide et depuis 2009, de nouvelles techniques de reconstructions d'images, dites itératives, ont été introduites afin de réduire la dose et améliorer la qualité d'image.¦Le présent travail a pour objectif de déterminer le potentiel des reconstructions itératives statistiques pour réduire au minimum les doses délivrées lors d'examens CT chez l'enfant et le jeune adulte tout en conservant une qualité d'image permettant le diagnostic, ceci afin de proposer des protocoles optimisés.¦L'optimisation d'un protocole d'examen CT nécessite de pouvoir évaluer la dose délivrée et la qualité d'image utile au diagnostic. Alors que la dose est estimée au moyen d'indices CT (CTDIV0| et DLP), ce travail a la particularité d'utiliser deux approches radicalement différentes pour évaluer la qualité d'image. La première approche dite « physique », se base sur le calcul de métriques physiques (SD, MTF, NPS, etc.) mesurées dans des conditions bien définies, le plus souvent sur fantômes. Bien que cette démarche soit limitée car elle n'intègre pas la perception des radiologues, elle permet de caractériser de manière rapide et simple certaines propriétés d'une image. La seconde approche, dite « clinique », est basée sur l'évaluation de structures anatomiques (critères diagnostiques) présentes sur les images de patients. Des radiologues, impliqués dans l'étape d'évaluation, doivent qualifier la qualité des structures d'un point de vue diagnostique en utilisant une échelle de notation simple. Cette approche, lourde à mettre en place, a l'avantage d'être proche du travail du radiologue et peut être considérée comme méthode de référence.¦Parmi les principaux résultats de ce travail, il a été montré que les algorithmes itératifs statistiques étudiés en clinique (ASIR?, VEO?) ont un important potentiel pour réduire la dose au CT (jusqu'à-90%). Cependant, par leur fonctionnement, ils modifient l'apparence de l'image en entraînant un changement de texture qui pourrait affecter la qualité du diagnostic. En comparant les résultats fournis par les approches « clinique » et « physique », il a été montré que ce changement de texture se traduit par une modification du spectre fréquentiel du bruit dont l'analyse permet d'anticiper ou d'éviter une perte diagnostique. Ce travail montre également que l'intégration de ces nouvelles techniques de reconstruction en clinique ne peut se faire de manière simple sur la base de protocoles utilisant des reconstructions classiques. Les conclusions de ce travail ainsi que les outils développés pourront également guider de futures études dans le domaine de la qualité d'image, comme par exemple, l'analyse de textures ou la modélisation d'observateurs pour le CT.¦-¦Computed tomography (CT) is an imaging technique in which interest has been growing since it first began to be used in the early 1970s. In the clinical environment, this imaging system has emerged as the gold standard modality because of its high sensitivity in producing accurate diagnostic images. However, even if a direct benefit to patient healthcare is attributed to CT, the dramatic increase of the number of CT examinations performed has raised concerns about the potential negative effects of ionizing radiation on the population. To insure a benefit - risk that works in favor of a patient, it is important to balance image quality and dose in order to avoid unnecessary patient exposure.¦If this balance is important for adults, it should be an absolute priority for children undergoing CT examinations, especially for patients suffering from diseases requiring several follow-up examinations over the patient's lifetime. Indeed, children and young adults are more sensitive to ionizing radiation and have an extended life span in comparison to adults. For this population, the risk of developing cancer, whose latency period exceeds 20 years, is significantly higher than for adults. Assuming that each patient examination is justified, it then becomes a priority to optimize CT acquisition protocols in order to minimize the delivered dose to the patient. Over the past few years, CT advances have been developing at a rapid pace. Since 2009, new iterative image reconstruction techniques, called statistical iterative reconstructions, have been introduced in order to decrease patient exposure and improve image quality.¦The goal of the present work was to determine the potential of statistical iterative reconstructions to reduce dose as much as possible without compromising image quality and maintain diagnosis of children and young adult examinations.¦The optimization step requires the evaluation of the delivered dose and image quality useful to perform diagnosis. While the dose is estimated using CT indices (CTDIV0| and DLP), the particularity of this research was to use two radically different approaches to evaluate image quality. The first approach, called the "physical approach", computed physical metrics (SD, MTF, NPS, etc.) measured on phantoms in well-known conditions. Although this technique has some limitations because it does not take radiologist perspective into account, it enables the physical characterization of image properties in a simple and timely way. The second approach, called the "clinical approach", was based on the evaluation of anatomical structures (diagnostic criteria) present on patient images. Radiologists, involved in the assessment step, were asked to score image quality of structures for diagnostic purposes using a simple rating scale. This approach is relatively complicated to implement and also time-consuming. Nevertheless, it has the advantage of being very close to the practice of radiologists and is considered as a reference method.¦Primarily, this work revealed that the statistical iterative reconstructions studied in clinic (ASIR? and VECO have a strong potential to reduce CT dose (up to -90%). However, by their mechanisms, they lead to a modification of the image appearance with a change in image texture which may then effect the quality of the diagnosis. By comparing the results of the "clinical" and "physical" approach, it was showed that a change in texture is related to a modification of the noise spectrum bandwidth. The NPS analysis makes possible to anticipate or avoid a decrease in image quality. This project demonstrated that integrating these new statistical iterative reconstruction techniques can be complex and cannot be made on the basis of protocols using conventional reconstructions. The conclusions of this work and the image quality tools developed will be able to guide future studies in the field of image quality as texture analysis or model observers dedicated to CT.

La ventilation non invasive dans l'insuffisance respiratoire aiguë : de la broncho-pneumonie chronique obstructive au syndrome de détresse respiratoire aiguë

RESUME : L'application d'une ventilation non-invasive (VNI) à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), reste controversée malgré les résultats encourageants apparus dans de récentes études. Ce travail de thèse est composé d'une introduction qui comprend un historique de la VNI et une revue de ces applications principales dans l'insuffisance respiratoire aiguë avec, en particulier, une analyse des études cliniques principales concernant son utilisation dans l'exacerbation de la BPCO, dans l'asthme aigu sévère, dans les syndromes restrictifs et dans l'insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique. La première partie aborde également les aspects pratiques de l'utilisation de la VNI, avec une description de l'équipement et des techniques utilisées. Ce travail de thèse a ensuite pour but d'analyser dans une étude personnelle l'application d'une VNI à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une BPCO. Il s'agit d'une étude prospective et observationnelle, dans laquelle nous avons voulu analyser l'efficacité de la VNI chez un groupe de patients sélectionnés et coopérants, stables du point de vue hémodynamique, présentant un syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) primaire (atteinte pulmonaire directe). Les échanges gazeux, le taux d'intubation, la mortalité et la durée de séjour dans l'unité de soins intensifs ont été enregistrés. Dans notre travail, la VNI a été appliquée de manière prospective à 12 patients, stables du point de vue hémodynamique, présentant les critères diagnostiques pour un SDRA primaire (SDRAP) et une indication pour une ventilation mécanique classique. Leur évolution a été comparée avec celle d'un groupe contrôle de 12 patients avec SDRAP. et précédemment traités dans la même unité de soins intensifs, ayant des caractéristiques similaires à l'admission : âge, score SAPS II, rapport Pa02/Fi02 et valeurs de pH . Un échec de la VNI fut observé chez 4 patients (33%), tous bactériémiques et nécessitant une intubation endotrachéale. Un facteur prédictif négatif. Les patients traités avec succès ont présenté un temps cumulatif de ventilation (p=0.001) et une durée de séjour aux soins intensifs (p=0.004) inférieure à ceux du groupe contrôle. Pendant la première période d'observation de la ventilation, l'oxygénation après 60 minutes s'est améliorée de manière plus importante dans le groupe VNI par rapport au groupe contrôle (PaO2/FiO2 : 146 +/- 52 mmHg vs. 109 +/- 34 mmHg ; p=0.05). Le taux de mortalité globale aux soins intensifs ne fut pas différent entre le groupe VNI et le groupe de patients intubés. Le taux de complications graves fut plus élevé chez les patients du groupe contrôle. Nos résultats suggèrent que chez des patients stables et coopérants, avec une pneumonie étendue, sans bactériémie à l'admission et remplissant les critères diagnostiques d'un SDRAp, la VNI représente une alternative valable à l'intubation endotrachéale.

Deep sclerectomy combined with trabeculectomy in pediatric glaucoma

Résumé : Ce travail porte sur l'étude rétrospective d'une série de jeunes patients opérés de glaucomes pédiatriques. Le but est d'évaluer le résultat au long cours d'une intervention chirurgicale combinant une sclérectomie profonde et une trabéculectomie (sclérectomie profonde pénétrante). Durant la période de mars 1997 à octobre 2006, 28 patients on été suivis pour évaluer le résultat de cette chirurgie effectuées sur 35 yeux. Un examen ophtalmologique complet a été pratiqué avant la chirurgie, 1 et 7 jours, puis 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12 mois, enfin tous les 6 mois après l'opération. Les critères d'évaluation du résultat postopératoire sont : les changements de pression intraoculaire, le traitement antiglaucomateux adjuvant, le taux de complication, le nombre de reprises chirurgicales,- l'erreur de réfraction, la meilleure acuité visuelle corrigée, l'état et le diamètre de la cornée. L'âge moyen est de 3.6 ± 4.5 ans et le suivi moyen de 3.6 ± 2.9 ans. La pression intraoculaire préopératoire de 31.9 ± 11.5 mmHg baisse de 58.3% (p<0.005) à la fin du suivi. Sur les 14 patients dont l'acuité visuelle a pu être mesurée, 8 (57.1 %) ont une acuité égale ou supérieure à 5/10e, 3 (21.4%) une acuité de 2/10e après intervention. Le taux de succès cumulatif complet à 9 ans est de 52.3%, le succès relatif 70.6%. Les complications menaçant la vision (8.6%) ont été plus fréquentes dans les cas de glaucome réfractaire. Pour conclure la sclérectomie profonde combinée à une trabéculectomie est une technique chirurgicale développée afin de contrôler la pression intraoculaire dans les cas de glaucomes congénitaux, juvéniles et secondaires. Les résultats intermédiaires sont encourageants et prometteurs. Les cas préalablement opérés avant cette nouvelle technique ont cependant un pronostic moins favorable. Le nombre de complications menaçant la vision est essentiellement lié à la sévérité du glaucome et au nombre d'interventions préalables. Abstract : Purpose : To evaluate the outcomes of combined deep sclerectomy and trabeculectomy (penetrating deep sclerectomy) in pediatric glaucoma. Design : Retrospective, non-consecutive, non-comparative, interventional case series. Participants : Children suffering from pediatric glaucoma who underwent surgery between March 1997 and October 2006 were included in this study. Methods : A primary combined deep sclerectomy and trabeculectomy was performed in 35 eyes of 28 patients. Complete examinations were performed before surgery, postoperatively at 1 and 7 days, at 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12 months and then every 6 months after surgery. Main Outcome Measures : Surgical outcome was assessed in terms of intraocular pressure (IOP) change, additional glaucoma medication, complication rate, need for surgical revision, as well as refractive errors, best corrected visual acuity (BCVA), and corneal clarity and diameters. Results : The mean age before surgery was 3.6 ± 4.5 years, and the mean follow-up was 3.5 ± 2.9 years. The mean preoperative IOP was 31.9 ± 11.5 mmHg. At the end of follow-up, the mean IOP decreased by 58.3% (p<0.005), and from 14 patients with available BCVA 8 patients (57.1 %) achieved. 0.5 (20/40) or better, 3 (21.4%) 0.2 (20/100), and 2 (14.3%) 0.1 (20/200) in their better eye. The mean refractive error (spherical equivalent) at final follow-up visits was +0.83 ± 5.4. Six patients (43%) were affected by myopia. The complete and qualified success rates, based on a cumulative survival curve, after- 9 years were 52.3% and 70.6%, respectively (p<0.05). Sight threatening complications were more common (8.6%) in refractory glaucomas. Conclusions : Combined deep sclerectomy and trabeculectomy is a surgical technique developed to control IOP in congenital, secondary and juvenile glaucomas. The intermediate results are satisfactory and promising. Previous classic glaucoma surgeries performed before this new technique had less favourable results. The number of sight threatening complications is related to the severity of glaucoma and number of previous surgeries.

Les anticorps monoclonaux radiomarqués en tant que missiles anti-tumeurs, leurs succès diagnostiques, leur potentiel thérapeutique

While it is now well accepted that radiolabeled antibodies can be useful for tumour detection by immunoscintigraphy, the use of larger doses of more aggressive radioisotopes coupled to antibodies for radioimmunotherapy is still in its infancy. At the experimental level, our group has shown that the intravenous injection of large doses of 131I labeled F(ab')2 fragments from monoclonal anti-carcinoembryonic antigen (CEA) antibodies can eradicate well established human colon carcinoma xenografts in nude mice. At the clinical level, in a dosimetry study performed at the Institut Gustave Roussy, the same anti-CEA monoclonal antibodies and fragments, labeled with subtherapeutic doses of 131I, were injected in patients with liver metastases from colorectal carcinomas. Direct measurement of radioactivity in surgically resected liver metastases and normal liver confirmed the specificity of tumour localization of the antibodies, but also showed that the calculated radiation doses which could be delivered by injections of 200 to 300 mCi of 131I labeled antibodies or fragments, remained fairly low, in the range of 1,500 to 3,000 rads. This is obviously insufficient for a single modality treatment. An alternative approach is to inject radiolabeled antibodies intra peritoneally to treat peritoneal carcinomatosis. Several clinical studies using this strategy are presently under evaluation and suggest that positive results can be obtained when the tumour diameters are very small. In systemic radioimmunotherapy, positive results have been obtained in more radiosensitive types of malignancies such as B cell lymphomas by intravenous injection of antibodies directed against B cell differentiation markers or against idiotypic antigens from each lymphoma, and labeled with 131I or 90Y. The major directions of research for improvement of radioimmunotherapy include the design of genetically engineered new forms of humanized antibodies, the synthesis of original chelates for coupling new radioisotopes to antibodies and the development of two step strategies for immunolocalization of radioisotopes.